JPH089510A - 電動車両のハイブリッド電源装置 - Google Patents
電動車両のハイブリッド電源装置Info
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- JPH089510A JPH089510A JP13676794A JP13676794A JPH089510A JP H089510 A JPH089510 A JP H089510A JP 13676794 A JP13676794 A JP 13676794A JP 13676794 A JP13676794 A JP 13676794A JP H089510 A JPH089510 A JP H089510A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 長時間小電力型特性を有する第１の電源と、
短時間大電力型特性を有する第２の電源とを備え、上記
第１および第２の電源から電動車両の走行用電気モータ
に電力を供給するハイブリッド電源装置において、第１
の電源と第２の電源の電圧が異なっても、互いの電位差
による短絡が生じないようにする。 【構成】 電気モータ３０の電機子巻線を、互いに独立
した第１および第２の電機子巻線により構成し、第１の
電源１から上記第１の電機子巻線に電力を供給し、第２
の電源２から上記第２の電機子巻線に電力を供給する。
短時間大電力型特性を有する第２の電源とを備え、上記
第１および第２の電源から電動車両の走行用電気モータ
に電力を供給するハイブリッド電源装置において、第１
の電源と第２の電源の電圧が異なっても、互いの電位差
による短絡が生じないようにする。 【構成】 電気モータ３０の電機子巻線を、互いに独立
した第１および第２の電機子巻線により構成し、第１の
電源１から上記第１の電機子巻線に電力を供給し、第２
の電源２から上記第２の電機子巻線に電力を供給する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気モータのみで走行
する電気自動車、あるいは走行用電気モータに加えて走
行用もしくは発電用エンジンを備えたハイブリッド方式
の電気自動車等の電動車両において、２つ以上の電源を
組み合わせたハイブリッド電源によって上記電気モータ
を駆動するハイブリッド電源装置に関する。
する電気自動車、あるいは走行用電気モータに加えて走
行用もしくは発電用エンジンを備えたハイブリッド方式
の電気自動車等の電動車両において、２つ以上の電源を
組み合わせたハイブリッド電源によって上記電気モータ
を駆動するハイブリッド電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】長時間の走行が要求され、かつ大きな負
荷変動を伴う電動車両においては、それぞれの要求に適
合する２つ以上の電源を組み合わせたハイブリッド電源
が用いられる。すなわち、長時間小電力の充放電に適し
た第１の電源（エネルギー電源ともいう）と、短時間大
電力の充放電に適した第２の電源（パワー電源ともい
う）とによって、電気モータを駆動することが行われて
いる。
荷変動を伴う電動車両においては、それぞれの要求に適
合する２つ以上の電源を組み合わせたハイブリッド電源
が用いられる。すなわち、長時間小電力の充放電に適し
た第１の電源（エネルギー電源ともいう）と、短時間大
電力の充放電に適した第２の電源（パワー電源ともい
う）とによって、電気モータを駆動することが行われて
いる。
【０００３】このようなハイブリッド電源の１例とし
て、第１の電源と第２の電源とを並列運転する提案が、
米国特許第 3,686,549号公報に「パワーコントロールシ
ステム」として開示されている。このハイブリッド電源
装置では、第１の電源に亜鉛空気蓄電池を、第２の電源
に鉛蓄電池を用い、両電源の電圧が異なっても互いの電
位差による短絡が生じないように、それぞれの電源に設
けたパルス変調器を介して、両電源を直接接続すること
なく交互に負荷に導通し、第１の電源から負荷に供給さ
れる電力と、第２の電源から負荷に供給される電力との
電力配分を任意に調節することを特徴とするものであ
る。
て、第１の電源と第２の電源とを並列運転する提案が、
米国特許第 3,686,549号公報に「パワーコントロールシ
ステム」として開示されている。このハイブリッド電源
装置では、第１の電源に亜鉛空気蓄電池を、第２の電源
に鉛蓄電池を用い、両電源の電圧が異なっても互いの電
位差による短絡が生じないように、それぞれの電源に設
けたパルス変調器を介して、両電源を直接接続すること
なく交互に負荷に導通し、第１の電源から負荷に供給さ
れる電力と、第２の電源から負荷に供給される電力との
電力配分を任意に調節することを特徴とするものであ
る。
【０００４】また、従来より、電池よりもさらに短時間
大電力型の特性を有する第２の電源として、コンデンサ
を用いることも提案されており、特に電気二重層コンデ
ンサがこの種の用途に適したものとして知られている。
大電力型の特性を有する第２の電源として、コンデンサ
を用いることも提案されており、特に電気二重層コンデ
ンサがこの種の用途に適したものとして知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のハイブリッド電源装置は、第１の電源と第２の電源
の電圧が異なっても、互いの電位差による短絡が生じ
ず、しかも、第１の電源から負荷に供給される電力と、
第２の電源から負荷に供給される電力との電力配分を任
意に調節することが可能であるが、第１の電源と第２の
電源とを直接接続できないため、第１の電源から第２の
電源への電力の供給ができない。
来のハイブリッド電源装置は、第１の電源と第２の電源
の電圧が異なっても、互いの電位差による短絡が生じ
ず、しかも、第１の電源から負荷に供給される電力と、
第２の電源から負荷に供給される電力との電力配分を任
意に調節することが可能であるが、第１の電源と第２の
電源とを直接接続できないため、第１の電源から第２の
電源への電力の供給ができない。
【０００６】したがって、このようなハイブリッド電源
装置を用いて電動車両を走行させた場合、車両の加減速
が連続して短時間大電力型の第２の電源に蓄電された電
気量が空になってしまうと、走行に支障を来すという問
題を生じる。そしてこの問題は、第２の電源として、上
記電気二重層コンデンサ等のコンデンサを用いたときに
は、蓄電される電気量が少ないために、さらに深刻な問
題となる。
装置を用いて電動車両を走行させた場合、車両の加減速
が連続して短時間大電力型の第２の電源に蓄電された電
気量が空になってしまうと、走行に支障を来すという問
題を生じる。そしてこの問題は、第２の電源として、上
記電気二重層コンデンサ等のコンデンサを用いたときに
は、蓄電される電気量が少ないために、さらに深刻な問
題となる。
【０００７】上述の事情に鑑み、本発明は、長時間小電
力型特性を有する第１の電源と、短時間大電力型特性を
有する第２の電源とを備え、上記第１および第２の電源
から電動車両の走行用電気モータに電力を供給するハイ
ブリッド電源装置において、第１の電源と第２の電源の
電圧が異なっても、互いの電位差による短絡が生じず、
かつ第１の電源から負荷に供給される電力と第２の電源
から負荷に供給される電力ととの電力配分を任意に調節
可能な構成とした上で、さらに、第１の電源と第２の電
源との相互間の電力の授受を可能にしたハイブリッド電
源装置を提供することを目的とする。
力型特性を有する第１の電源と、短時間大電力型特性を
有する第２の電源とを備え、上記第１および第２の電源
から電動車両の走行用電気モータに電力を供給するハイ
ブリッド電源装置において、第１の電源と第２の電源の
電圧が異なっても、互いの電位差による短絡が生じず、
かつ第１の電源から負荷に供給される電力と第２の電源
から負荷に供給される電力ととの電力配分を任意に調節
可能な構成とした上で、さらに、第１の電源と第２の電
源との相互間の電力の授受を可能にしたハイブリッド電
源装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願に係わる第１の発明
は、電動車両を駆動する電気モータの電機子巻線を、互
いに独立した第１および第２の電機子巻線により構成
し、上記第１の電源から上記第１の電機子巻線に電力を
供給し、上記第２の電源から上記第２の電機子巻線に電
力を供給するようにしたことを特徴とするものである。
は、電動車両を駆動する電気モータの電機子巻線を、互
いに独立した第１および第２の電機子巻線により構成
し、上記第１の電源から上記第１の電機子巻線に電力を
供給し、上記第２の電源から上記第２の電機子巻線に電
力を供給するようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】また、上記第１の電源と上記第１の電機子
巻線との間、および上記第２の電源と上記第２の電機子
巻線との間にそれぞれ電力変換器を設けるとともに、双
方の電力変換器の出力電力比を任意に可変制御する制御
手段を設けている。
巻線との間、および上記第２の電源と上記第２の電機子
巻線との間にそれぞれ電力変換器を設けるとともに、双
方の電力変換器の出力電力比を任意に可変制御する制御
手段を設けている。
【００１０】上記第１および第２の電機子巻線は互いに
電磁的に結合されており、双方の電力変換器は、回生機
能を備えたパルス変調式電力変換器とするのが好まし
い。
電磁的に結合されており、双方の電力変換器は、回生機
能を備えたパルス変調式電力変換器とするのが好まし
い。
【００１１】本願に係わる第２の発明は、電気モータが
単一の電機子巻線を有することを前提とした発明であ
り、上記第１の電源に接続された回生機能を有する第１
のパルス変調式電力変換器と、上記第２の電源に接続さ
れた回生機能を有する第２のパルス変調式電力変換器と
を設け、上記第１の電力変換器の出力側と上記第２の電
力変換器の出力側とを互いに並列に接続した状態で、上
記第１および第２の電力変換器から上記電気モータの電
機子巻線に電力を供給するとともに、上記第１および第
２の電力変換器の少なくとも一方の出力側の全相に、す
なわち例えば３相であれば３相すべてに、リアクトルを
設けてなるなることを特徴とするものである。
単一の電機子巻線を有することを前提とした発明であ
り、上記第１の電源に接続された回生機能を有する第１
のパルス変調式電力変換器と、上記第２の電源に接続さ
れた回生機能を有する第２のパルス変調式電力変換器と
を設け、上記第１の電力変換器の出力側と上記第２の電
力変換器の出力側とを互いに並列に接続した状態で、上
記第１および第２の電力変換器から上記電気モータの電
機子巻線に電力を供給するとともに、上記第１および第
２の電力変換器の少なくとも一方の出力側の全相に、す
なわち例えば３相であれば３相すべてに、リアクトルを
設けてなるなることを特徴とするものである。
【００１２】その場合、上記リアクトルを別個に設けず
に、電気モータの電機子巻線の１部をリアクトルとして
機能させることも可能であり、その場合、例えば、電気
モータの電機子巻線に中間タップを設け、該中間タップ
と巻線終端間をリアクトルとして構成しても良い。
に、電気モータの電機子巻線の１部をリアクトルとして
機能させることも可能であり、その場合、例えば、電気
モータの電機子巻線に中間タップを設け、該中間タップ
と巻線終端間をリアクトルとして構成しても良い。
【００１３】
【作用および発明の効果】本願第１の発明によれば、電
気モータの電機子巻線を、互いに独立した第１および第
２の電機子巻線により構成し、上記第１の電源から上記
第１の電機子巻線に電力を供給し、上記第２の電源から
上記第２の電機子巻線に電力を供給するようにしたこと
により、第１の電源と第２の電源の電圧が異なっても、
互いの電位差による短絡が生じることが防止される。
気モータの電機子巻線を、互いに独立した第１および第
２の電機子巻線により構成し、上記第１の電源から上記
第１の電機子巻線に電力を供給し、上記第２の電源から
上記第２の電機子巻線に電力を供給するようにしたこと
により、第１の電源と第２の電源の電圧が異なっても、
互いの電位差による短絡が生じることが防止される。
【００１４】また、第１の電源と第１の電機子巻線との
間、および第２の電源と第２の電機子巻線との間にそれ
ぞれ電力変換器を設けるとともに、双方の電力変換器の
出力電力比を任意に可変制御する制御手段を設けたこと
により、第１の電源から電気モータへ供給される電力
と、第２の電源から電気モータへ供給される電力との電
力配分比を任意に調節することができる。
間、および第２の電源と第２の電機子巻線との間にそれ
ぞれ電力変換器を設けるとともに、双方の電力変換器の
出力電力比を任意に可変制御する制御手段を設けたこと
により、第１の電源から電気モータへ供給される電力
と、第２の電源から電気モータへ供給される電力との電
力配分比を任意に調節することができる。
【００１５】さらに、第１および第２の電機子巻線が互
いに電磁的に結合され、かつ双方の電力変換器が、回生
機能を備えたパルス変調式電力変換器である場合、一方
の電力変換器によって生じる電源パルス波と、第１およ
び第２の電機子巻線間に生じる電磁誘導と、他方の電力
変換器の回生機能とによって、(a) 「第１の電源→第１
のパルス変調式電力変換器→第１の電機子巻線→第２の
電機子巻線→第２のパルス変調式電力変換器の回生機能
→第２の電源」という経路による第１の電源から第２の
電源への電力の供給と、(b) 「第２の電源→第２のパル
ス変調式電力変換器→第２の電機子巻線→第１の電機子
巻線→第１のパルス変調式電力変換器の回生機能→第１
の電源」という経路による第２の電源から第１の電源へ
の電力の供給とが可能になる。
いに電磁的に結合され、かつ双方の電力変換器が、回生
機能を備えたパルス変調式電力変換器である場合、一方
の電力変換器によって生じる電源パルス波と、第１およ
び第２の電機子巻線間に生じる電磁誘導と、他方の電力
変換器の回生機能とによって、(a) 「第１の電源→第１
のパルス変調式電力変換器→第１の電機子巻線→第２の
電機子巻線→第２のパルス変調式電力変換器の回生機能
→第２の電源」という経路による第１の電源から第２の
電源への電力の供給と、(b) 「第２の電源→第２のパル
ス変調式電力変換器→第２の電機子巻線→第１の電機子
巻線→第１のパルス変調式電力変換器の回生機能→第１
の電源」という経路による第２の電源から第１の電源へ
の電力の供給とが可能になる。
【００１６】したがって、本願第１の発明によるハイブ
リッド電源装置を搭載した電動車両は、第１の電源と第
２の電源との間で短絡を生じることなく、かつ第１の電
源と第２の電源との電力配分の調整を可能にした上で、
走行に支障を来すことなく、双方の電源に蓄積された電
気量を残すことなく使いきることができる。
リッド電源装置を搭載した電動車両は、第１の電源と第
２の電源との間で短絡を生じることなく、かつ第１の電
源と第２の電源との電力配分の調整を可能にした上で、
走行に支障を来すことなく、双方の電源に蓄積された電
気量を残すことなく使いきることができる。
【００１７】本願第２の発明によれば、第１の電源およ
び第２の電源にそれぞれ回生機能を有するパルス変調式
電力変換器を備え、双方の電力変換器の出力側が並列に
接続され、かつ、２つの電力変換器の出力側の少なくと
も一方の全相にリアクトルを設けたことにより、第１の
電源と第２の電源の電圧が異なっても、両電源間に瞬間
的な大電流が流れることが防止されるから、両電源の電
位差による短絡が生じるおそれがなくなる。したがっ
て、電気モータが単一の電機子巻線を有するにも拘ら
ず、本願第１の発明と同様に、第１の電源と第２の電源
との間の電力の授受が可能になる。
び第２の電源にそれぞれ回生機能を有するパルス変調式
電力変換器を備え、双方の電力変換器の出力側が並列に
接続され、かつ、２つの電力変換器の出力側の少なくと
も一方の全相にリアクトルを設けたことにより、第１の
電源と第２の電源の電圧が異なっても、両電源間に瞬間
的な大電流が流れることが防止されるから、両電源の電
位差による短絡が生じるおそれがなくなる。したがっ
て、電気モータが単一の電機子巻線を有するにも拘ら
ず、本願第１の発明と同様に、第１の電源と第２の電源
との間の電力の授受が可能になる。
【００１８】また、例えば、上記電気モータの電機子巻
線に上記中間タップを設け、一方の電力変換器の出力を
電機子巻線の終端間に供給し、他方の電力変換器の出力
を中間タップと一方の巻線終端間に供給するようにすれ
ば、上記中間タップと他方の巻線終端との間の巻線をリ
アクトルとして利用できるから、特にリアクトルを設け
ないで良い利点がある。
線に上記中間タップを設け、一方の電力変換器の出力を
電機子巻線の終端間に供給し、他方の電力変換器の出力
を中間タップと一方の巻線終端間に供給するようにすれ
ば、上記中間タップと他方の巻線終端との間の巻線をリ
アクトルとして利用できるから、特にリアクトルを設け
ないで良い利点がある。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【００２０】図１は、本発明によるハイブリッド電源装
置の第１の実施例を示すブロック図である。このハイブ
リッド電源装置Ｄは、長時間小電力の充放電に適した鉛
蓄電池１（第１の電源）と、短時間大電力の充放電に適
した電気二重層コンデンサ２（第２の電源）と、第１お
よび第２のインバータ１０、２０（電力変換器）と、こ
れらインバータ１０、２０を介してモータ３０を制御す
るモータ駆動制御回路４０とによって構成されている。
置の第１の実施例を示すブロック図である。このハイブ
リッド電源装置Ｄは、長時間小電力の充放電に適した鉛
蓄電池１（第１の電源）と、短時間大電力の充放電に適
した電気二重層コンデンサ２（第２の電源）と、第１お
よび第２のインバータ１０、２０（電力変換器）と、こ
れらインバータ１０、２０を介してモータ３０を制御す
るモータ駆動制御回路４０とによって構成されている。
【００２１】上記ハイブリッド電源装置Ｄによって駆動
される永久磁石式３相同期モータ３０の電機子巻線は、
図２に模式的に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相につい
て、互いに独立した、すなわち互いに電気的に絶縁され
た第１の電機子巻線３１と第２の電機子巻線３２とによ
って構成されている。また、両電機子巻線３１、３２の
各相の巻線は、電磁誘導によって相互間の電力の授受が
可能なように、共通の磁芯上にバイファイラ巻きされて
電磁的に結合されているとともに、それぞれ独立したス
ター型に結線されている。そして、第１の電機子巻線３
１の終端からはＵ１，Ｖ１，Ｗ１の３端子が導出され、
第２の電機子巻線３２の終端からはＵ２，Ｖ２，Ｗ２の
３端子が導出されている。モータ３０の回転軸３３に
は、希土類磁石よりなる回転子３４が固定されている。
される永久磁石式３相同期モータ３０の電機子巻線は、
図２に模式的に示すように、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相につい
て、互いに独立した、すなわち互いに電気的に絶縁され
た第１の電機子巻線３１と第２の電機子巻線３２とによ
って構成されている。また、両電機子巻線３１、３２の
各相の巻線は、電磁誘導によって相互間の電力の授受が
可能なように、共通の磁芯上にバイファイラ巻きされて
電磁的に結合されているとともに、それぞれ独立したス
ター型に結線されている。そして、第１の電機子巻線３
１の終端からはＵ１，Ｖ１，Ｗ１の３端子が導出され、
第２の電機子巻線３２の終端からはＵ２，Ｖ２，Ｗ２の
３端子が導出されている。モータ３０の回転軸３３に
は、希土類磁石よりなる回転子３４が固定されている。
【００２２】鉛蓄電池１とモータ３０の第１の電機子巻
線３１との間に設けられた第１のインバータ１０は、鉛
蓄電池１から放電される直流電力を３相交流電力に変換
して第１の電機子巻線３１のＵ１、Ｖ１、Ｗ１端子に供
給する第１の電力変換器であり、電気二重層コンデンサ
２とモータ３０の第２の電機子巻線３２との間に設けら
れた第２のインバータ２０は、電気二重層コンデンサ２
から放電される直流電力を３相交流に変換して第２の電
機子巻線３２のＵ２、Ｖ２、Ｗ２端子に供給する第２の
電力変換器である。
線３１との間に設けられた第１のインバータ１０は、鉛
蓄電池１から放電される直流電力を３相交流電力に変換
して第１の電機子巻線３１のＵ１、Ｖ１、Ｗ１端子に供
給する第１の電力変換器であり、電気二重層コンデンサ
２とモータ３０の第２の電機子巻線３２との間に設けら
れた第２のインバータ２０は、電気二重層コンデンサ２
から放電される直流電力を３相交流に変換して第２の電
機子巻線３２のＵ２、Ｖ２、Ｗ２端子に供給する第２の
電力変換器である。
【００２３】上記第１および第２のインバータ１０、２
０は、ともに回生機能を備えたそれ自体は公知のパルス
変調式電力変換器よりなり、制御回路４０によって通過
電力を制御される。この制御回路４０には、トルク指令
入力手段４１からのモータ３０のトルク要求値をあらわ
すトルク指令信号と、電力配分指令入力手段４２からの
鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２との電力配分の要
求値をあらわす電力配分指令信号とが入力される。制御
回路４０は、これら入力信号に基づいて、第１のインバ
ータ１０を通過する電力と第２のインバータ２０を通過
する電力との合計、および第１のインバータ１０を通過
する電力と第２のインバータ２０を通過する電力との比
を決定して、両インバータ１０、２０を通過する電力を
制御する。また、制御回路４０は、モータ３０の回転子
３４の回転位置を検出する位置検出回路４３から入力さ
れる位置信号によって、第１および第２のインバータ１
０、２０の導通タイミングを決定するようになってい
る。
０は、ともに回生機能を備えたそれ自体は公知のパルス
変調式電力変換器よりなり、制御回路４０によって通過
電力を制御される。この制御回路４０には、トルク指令
入力手段４１からのモータ３０のトルク要求値をあらわ
すトルク指令信号と、電力配分指令入力手段４２からの
鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２との電力配分の要
求値をあらわす電力配分指令信号とが入力される。制御
回路４０は、これら入力信号に基づいて、第１のインバ
ータ１０を通過する電力と第２のインバータ２０を通過
する電力との合計、および第１のインバータ１０を通過
する電力と第２のインバータ２０を通過する電力との比
を決定して、両インバータ１０、２０を通過する電力を
制御する。また、制御回路４０は、モータ３０の回転子
３４の回転位置を検出する位置検出回路４３から入力さ
れる位置信号によって、第１および第２のインバータ１
０、２０の導通タイミングを決定するようになってい
る。
【００２４】図３は、第１のインバータ１０の内容の１
例を示す回路図である。インバータ１０は、主としてス
イッチング素子である６個のトランジスタ１１ａ〜１１
ｆと、６個の還流ダイオード１２ａ〜１２ｆによって構
成され、入力端子１３ａ、１３ｂが鉛蓄電池１に、出力
端子１４ａ〜１４ｃがモータ３０の第１の電機子巻線３
１の端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続される。そして、入力
端子１３ａ、１３ｂから出力端子１４ａ〜１４ｃへの電
力の供給はトランジスタ１１ａ〜１１ｆによって行わ
れ、出力端子１４ａ〜１４ｃから入力端子１３ａ、１３
ｂへの電力の供給（回生機能）は還流ダイオード１２ａ
〜１２ｆによって行われる。第２のインバータ２０も同
様の構成を有する。
例を示す回路図である。インバータ１０は、主としてス
イッチング素子である６個のトランジスタ１１ａ〜１１
ｆと、６個の還流ダイオード１２ａ〜１２ｆによって構
成され、入力端子１３ａ、１３ｂが鉛蓄電池１に、出力
端子１４ａ〜１４ｃがモータ３０の第１の電機子巻線３
１の端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続される。そして、入力
端子１３ａ、１３ｂから出力端子１４ａ〜１４ｃへの電
力の供給はトランジスタ１１ａ〜１１ｆによって行わ
れ、出力端子１４ａ〜１４ｃから入力端子１３ａ、１３
ｂへの電力の供給（回生機能）は還流ダイオード１２ａ
〜１２ｆによって行われる。第２のインバータ２０も同
様の構成を有する。
【００２５】このように、本実施例においては、ハイブ
リッド電源装置Ｄによって駆動される永久磁石式３相同
期モータ３０の電機子巻線を、互いに独立した第１およ
び第２の電機子巻線３１、３２により構成するととも
に、鉛蓄電池１（第１の電源）から第１のインバータ１
０を介してモータ３０の第１の電機子巻線３１に電力を
供給し、電気二重層コンデンサ２（第２の電源）から第
２のインバータ２０を介してモータ３０の第２の電機子
巻線３２に電力を供給するようにしたことにより、鉛蓄
電池１と電気二重層コンデンサ２の電圧が異なっても、
互いの電位差による短絡が生じることが防止される。
リッド電源装置Ｄによって駆動される永久磁石式３相同
期モータ３０の電機子巻線を、互いに独立した第１およ
び第２の電機子巻線３１、３２により構成するととも
に、鉛蓄電池１（第１の電源）から第１のインバータ１
０を介してモータ３０の第１の電機子巻線３１に電力を
供給し、電気二重層コンデンサ２（第２の電源）から第
２のインバータ２０を介してモータ３０の第２の電機子
巻線３２に電力を供給するようにしたことにより、鉛蓄
電池１と電気二重層コンデンサ２の電圧が異なっても、
互いの電位差による短絡が生じることが防止される。
【００２６】また、第１および第２のインバータ１０、
２０の出力電力比を任意に可変制御する制御回路４０を
設けたことにより、鉛蓄電池１からモータ３０へ供給さ
れる電力と、電気二重層コンデンサ２からモータ３０へ
供給される電力との電力配分比を任意に調節することが
できる。
２０の出力電力比を任意に可変制御する制御回路４０を
設けたことにより、鉛蓄電池１からモータ３０へ供給さ
れる電力と、電気二重層コンデンサ２からモータ３０へ
供給される電力との電力配分比を任意に調節することが
できる。
【００２７】さらに、第１および第２の電機子巻線３
１、３２が互いに電磁的に結合され、かつ第１および第
２のインバータ１０、２０が、回生機能を備えたパルス
変調式インバータにより構成されているので、一方のイ
ンバータによって生じる電源パルス波と、第１および第
２の電機子巻線３１、３２間に生じる電磁誘導と、他方
のインバータの回生機能とによって、(a) 「鉛蓄電池１
→第１のインバータ１０→第１の電機子巻線３１→第２
の電機子巻線３２→第２のインバータ２０の回生機能→
電気二重層コンデンサ２」という経路による鉛蓄電池１
から電気二重層コンデンサ２への電力の供給と、(b)
「電気二重層コンデンサ２→第２のインバータ２０→第
２の電機子巻線３２→第１の電機子巻線３１→第１の第
１のインバータ１０の回生機能→鉛蓄電池１」という経
路による電気二重層コンデンサ２から鉛蓄電池１への電
力の供給とが可能になる。
１、３２が互いに電磁的に結合され、かつ第１および第
２のインバータ１０、２０が、回生機能を備えたパルス
変調式インバータにより構成されているので、一方のイ
ンバータによって生じる電源パルス波と、第１および第
２の電機子巻線３１、３２間に生じる電磁誘導と、他方
のインバータの回生機能とによって、(a) 「鉛蓄電池１
→第１のインバータ１０→第１の電機子巻線３１→第２
の電機子巻線３２→第２のインバータ２０の回生機能→
電気二重層コンデンサ２」という経路による鉛蓄電池１
から電気二重層コンデンサ２への電力の供給と、(b)
「電気二重層コンデンサ２→第２のインバータ２０→第
２の電機子巻線３２→第１の電機子巻線３１→第１の第
１のインバータ１０の回生機能→鉛蓄電池１」という経
路による電気二重層コンデンサ２から鉛蓄電池１への電
力の供給とが可能になる。
【００２８】図４は上記ハイブリッド電源装置Ｄを搭載
した電気自動車１００の概略的構成を示す図である。こ
の電気自動車１００は、図１および図２に示したハイブ
リッド電源装置Ｄおよび永久磁石式３相同期モータ３０
に加えて、減速機１０１と、ドライブシャフト１０２
と、４個の車輪１０３とから構成され、制御回路４０に
対するトルク指令入力手段４１として、アクセル開度セ
ンサ１０４が接続される。また、電力配分指令入力手段
４２からは、車両の走行状況と、鉛蓄電池１および電気
二重層コンデンサ２の残存電気量を考慮した指令値が入
力される。
した電気自動車１００の概略的構成を示す図である。こ
の電気自動車１００は、図１および図２に示したハイブ
リッド電源装置Ｄおよび永久磁石式３相同期モータ３０
に加えて、減速機１０１と、ドライブシャフト１０２
と、４個の車輪１０３とから構成され、制御回路４０に
対するトルク指令入力手段４１として、アクセル開度セ
ンサ１０４が接続される。また、電力配分指令入力手段
４２からは、車両の走行状況と、鉛蓄電池１および電気
二重層コンデンサ２の残存電気量を考慮した指令値が入
力される。
【００２９】上記のようなハイブリッド電源装置Ｄとモ
ータ３０とを搭載した電気自動車１００は、鉛蓄電池１
と電気二重層コンデンサ２との間で短絡を生じることな
く、かつ鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２との電力
配分の調整を可能にした上で、走行に支障を来すことな
く、双方の電源に蓄積された電気量を残すことなく使い
きることができる。
ータ３０とを搭載した電気自動車１００は、鉛蓄電池１
と電気二重層コンデンサ２との間で短絡を生じることな
く、かつ鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２との電力
配分の調整を可能にした上で、走行に支障を来すことな
く、双方の電源に蓄積された電気量を残すことなく使い
きることができる。
【００３０】なお、上述した本発明の第１の実施例にお
いては、互いに電磁的に結合されてはいるが互いに独立
した第１の電機子巻線３１と第２の電機子巻線３２を固
定子側に備えた永久磁石式３相同期モータ３０をハイブ
リッド電源装置Ｄによって駆動するように構成されてい
るが、図５に模式的に示すように、永久磁石回転子３４
の代わりにかご形回転子５４が中心に設けられた誘導モ
ータ５０を駆動するようにしても良い。この場合も、図
２の構成と同様に、電磁的には結合されているが互いに
独立している第１の電機子巻線５１と第２の電機子巻線
５２が固定子側に設けられ、両電機子巻線５１、５２は
それぞれ独立してスター型に結線されている。
いては、互いに電磁的に結合されてはいるが互いに独立
した第１の電機子巻線３１と第２の電機子巻線３２を固
定子側に備えた永久磁石式３相同期モータ３０をハイブ
リッド電源装置Ｄによって駆動するように構成されてい
るが、図５に模式的に示すように、永久磁石回転子３４
の代わりにかご形回転子５４が中心に設けられた誘導モ
ータ５０を駆動するようにしても良い。この場合も、図
２の構成と同様に、電磁的には結合されているが互いに
独立している第１の電機子巻線５１と第２の電機子巻線
５２が固定子側に設けられ、両電機子巻線５１、５２は
それぞれ独立してスター型に結線されている。
【００３１】また、電機子巻線を回転子に備えたモータ
をハイブリッド電源装置Ｄによって駆動するようにして
も良い。すなわち、図６に模式的に示すように、モータ
６０の中心には、電磁的には結合されているが互いに独
立している第１の電機子巻線６１と第２の電機子巻線６
２が巻回された回転子６４が設けられ、その両側には、
界磁巻線６５が設けられている。両電機子巻線６１、６
２はそれぞれ独立してスター型に結線され、回転軸６３
上に設けられたスリップリング６６を通じて外部と通電
するように構成されている。
をハイブリッド電源装置Ｄによって駆動するようにして
も良い。すなわち、図６に模式的に示すように、モータ
６０の中心には、電磁的には結合されているが互いに独
立している第１の電機子巻線６１と第２の電機子巻線６
２が巻回された回転子６４が設けられ、その両側には、
界磁巻線６５が設けられている。両電機子巻線６１、６
２はそれぞれ独立してスター型に結線され、回転軸６３
上に設けられたスリップリング６６を通じて外部と通電
するように構成されている。
【００３２】さらに、このような電機子の巻線構成は、
２つの直流電源を用いて直流モータを駆動する場合にも
適用可能である。すなわち、図７に模式的に示すよう
に、モータ７０の中心には、電磁的には結合されている
が互いに独立している第１の電機子巻線７１と第２の電
機子巻線７２が巻回された回転子７４が設けられ、その
両側に永久磁石固定子７５が配置される。両電機子巻線
７１、７２は回転軸７３上に設けられたスリップリング
７６を通じて外部と通電するように構成される。
２つの直流電源を用いて直流モータを駆動する場合にも
適用可能である。すなわち、図７に模式的に示すよう
に、モータ７０の中心には、電磁的には結合されている
が互いに独立している第１の電機子巻線７１と第２の電
機子巻線７２が巻回された回転子７４が設けられ、その
両側に永久磁石固定子７５が配置される。両電機子巻線
７１、７２は回転軸７３上に設けられたスリップリング
７６を通じて外部と通電するように構成される。
【００３３】次に、図８は、本発明によるハイブリッド
電源装置の第２の実施例を図１に対応させて示すブロッ
ク図である。
電源装置の第２の実施例を図１に対応させて示すブロッ
ク図である。
【００３４】本実施例におけるハイブリッド電源装置Ｄ
は、図１に示した第１の実施例と同様に、長時間小電力
の充放電に適した鉛蓄電池１（第１の電源）と、短時間
大電力の充放電に適した電気二重層コンデンサ２（第２
の電源）と、第１および第２のインバータ１０、２０
（電力変換器）と、これらインバータ１０、２０を介し
てモータを制御するモータ駆動制御回路４０とによって
構成されているが、駆動するモータはスター型に結線さ
れた単一の電機子巻線８１を備えた通常の永久磁石式３
相同期モータ８０である。
は、図１に示した第１の実施例と同様に、長時間小電力
の充放電に適した鉛蓄電池１（第１の電源）と、短時間
大電力の充放電に適した電気二重層コンデンサ２（第２
の電源）と、第１および第２のインバータ１０、２０
（電力変換器）と、これらインバータ１０、２０を介し
てモータを制御するモータ駆動制御回路４０とによって
構成されているが、駆動するモータはスター型に結線さ
れた単一の電機子巻線８１を備えた通常の永久磁石式３
相同期モータ８０である。
【００３５】上記第１および第２のインバータ１０、２
０は、図３に示したものと同様の回生機能を備えたパル
ス変調式インバータであり、制御回路４０によって通過
電力を制御される。そして、両インバータ１０、２０の
出力はともには電機子巻線８１のＵ、Ｖ、Ｗ端子に並列
に供給されるが、図８から明らかなように、第２のイン
バータ２０に出力が直接電機子巻線８１に供給されるの
に対して、第１のインバータ１０の出力側には、Ｕ相リ
アクトル８６、Ｖ相リアクトル８７およびＷ相リアクト
ル８８からなるリアクトルユニット８９が挿入され、こ
れにより、両インバータ１０、２０の出力側がリアクト
ルユニット８９を介して互いに接続された状態になって
いる。これらリアクトル８６〜８８は電流を保存して瞬
間的な大電流が流れるのを阻止する性質を有するから、
鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２の電源電圧との電
圧が異なっても、電源電圧差による短絡が防止される。
０は、図３に示したものと同様の回生機能を備えたパル
ス変調式インバータであり、制御回路４０によって通過
電力を制御される。そして、両インバータ１０、２０の
出力はともには電機子巻線８１のＵ、Ｖ、Ｗ端子に並列
に供給されるが、図８から明らかなように、第２のイン
バータ２０に出力が直接電機子巻線８１に供給されるの
に対して、第１のインバータ１０の出力側には、Ｕ相リ
アクトル８６、Ｖ相リアクトル８７およびＷ相リアクト
ル８８からなるリアクトルユニット８９が挿入され、こ
れにより、両インバータ１０、２０の出力側がリアクト
ルユニット８９を介して互いに接続された状態になって
いる。これらリアクトル８６〜８８は電流を保存して瞬
間的な大電流が流れるのを阻止する性質を有するから、
鉛蓄電池１と電気二重層コンデンサ２の電源電圧との電
圧が異なっても、電源電圧差による短絡が防止される。
【００３６】制御回路４０は、入力信号に基づいて、第
１のインバータ１０を通過する電力と第２のインバータ
２０を通過する電力との合計、および第１のインバータ
１０を通過する電力と第２のインバータ２０を通過する
電力との比を決定して、両インバータ１０、２０を通過
する電力を制御する。また、制御回路４０は、モータ８
０の回転子の回転位置を検出する位置検出回路４３から
入力される位置信号によって、第１および第２ののイン
バータ１０、２０の導通タイミングを決定するようにな
っている。
１のインバータ１０を通過する電力と第２のインバータ
２０を通過する電力との合計、および第１のインバータ
１０を通過する電力と第２のインバータ２０を通過する
電力との比を決定して、両インバータ１０、２０を通過
する電力を制御する。また、制御回路４０は、モータ８
０の回転子の回転位置を検出する位置検出回路４３から
入力される位置信号によって、第１および第２ののイン
バータ１０、２０の導通タイミングを決定するようにな
っている。
【００３７】なお、本実施例では、第１のインバータ１
０の出力側にリアクトルユニット８９が挿入されている
が、これに代え、第２のインバータ２０の出力側にリア
クトルユニットを挿入しても良く、さらに、両インバー
タ１０、２０の双方の出力側にリアクトルユニットがそ
れぞれ挿入された構成としても良い。
０の出力側にリアクトルユニット８９が挿入されている
が、これに代え、第２のインバータ２０の出力側にリア
クトルユニットを挿入しても良く、さらに、両インバー
タ１０、２０の双方の出力側にリアクトルユニットがそ
れぞれ挿入された構成としても良い。
【００３８】図９は、本発明によるハイブリッド電源装
置の第３の実施例を図１および図８に対応させて示すブ
ロック図である。
置の第３の実施例を図１および図８に対応させて示すブ
ロック図である。
【００３９】本実施例における、永久磁石式３相同期モ
ータ９０は、図１０に模式的に示すように、永久磁石回
転子９４の周囲に配置されてスター型に結線されたＵ、
Ｖ、Ｗ相の電機子巻線９１がそれぞれ中間タップ９５を
備えており、各相の電機子巻線９１の終端９６から端子
Ｕ、Ｖ、Ｗがそれぞれ導出され、各中間タップ９５から
は、端子Ｕｍ、Ｖｍ、Ｗｍがそれぞれ導出されている。
そして、第１のインバータ１０の出力は電機子巻線９１
のＵ、Ｖ、Ｗ端子に供給され、第２のインバータ２０の
出力は電機子巻線９１のＵｍ、Ｖｍ、Ｗｍ端子に供給さ
れるように構成されている。
ータ９０は、図１０に模式的に示すように、永久磁石回
転子９４の周囲に配置されてスター型に結線されたＵ、
Ｖ、Ｗ相の電機子巻線９１がそれぞれ中間タップ９５を
備えており、各相の電機子巻線９１の終端９６から端子
Ｕ、Ｖ、Ｗがそれぞれ導出され、各中間タップ９５から
は、端子Ｕｍ、Ｖｍ、Ｗｍがそれぞれ導出されている。
そして、第１のインバータ１０の出力は電機子巻線９１
のＵ、Ｖ、Ｗ端子に供給され、第２のインバータ２０の
出力は電機子巻線９１のＵｍ、Ｖｍ、Ｗｍ端子に供給さ
れるように構成されている。
【００４０】このような構成により、各相の電機子巻線
９１の終端９６と中間タップ９５との間の巻線が、上述
した第２の実施例におけるリアクトルと同様な機能を果
たし、これによって、別個にリアクトルを設けないで
も、第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
９１の終端９６と中間タップ９５との間の巻線が、上述
した第２の実施例におけるリアクトルと同様な機能を果
たし、これによって、別個にリアクトルを設けないで
も、第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４１】なお、以上の実施例では、第１の電源とし
て鉛蓄電池１を用いているが、これに代え、リチウム電
池、ナトリウム硫黄電池、亜鉛空気電池等の高エネルギ
ー密度を有する二次電池、燃料電池、太陽電池、あるい
はエンジンで駆動されるエンジン発電機等を用いること
もできる。
て鉛蓄電池１を用いているが、これに代え、リチウム電
池、ナトリウム硫黄電池、亜鉛空気電池等の高エネルギ
ー密度を有する二次電池、燃料電池、太陽電池、あるい
はエンジンで駆動されるエンジン発電機等を用いること
もできる。
【００４２】また、第２の電源としては、上述の電気二
重層コンデンサ２に限らず、ニッケルカドミウム電池等
の高パワー密度を有する二次電池、電解コンデンサ、フ
ライホイールとモータを組み合わせたフライホイールバ
ッテリ等を用いても良い。また、モータの種類に応じ
て、第１および第２ののインバータ１０、２０の代わり
にチョッパを用いることも可能である。
重層コンデンサ２に限らず、ニッケルカドミウム電池等
の高パワー密度を有する二次電池、電解コンデンサ、フ
ライホイールとモータを組み合わせたフライホイールバ
ッテリ等を用いても良い。また、モータの種類に応じ
て、第１および第２ののインバータ１０、２０の代わり
にチョッパを用いることも可能である。
【００４３】図１１は、鉛蓄電池１の代わりにエンジン
発電機を第１の電源として用いたイブリッド電源装置
Ｄ′を搭載した電気自動車１００′の概略的構成を示す
図である。この場合は、燃料タンク１０５から燃料の供
給を受けて一定速度で回転するガスタービンエンジン１
０６が設けられており、このガスタービンエンジン１０
６により発電機１０７が駆動される。発電機１０７は、
交流発電機と整流器とを組み合わせたものであり、直流
電源として機能する。第１の電源以外は図４に示した構
成と同一であるから、対応する要素に同一符号を付し
て、重複する説明は省略する。
発電機を第１の電源として用いたイブリッド電源装置
Ｄ′を搭載した電気自動車１００′の概略的構成を示す
図である。この場合は、燃料タンク１０５から燃料の供
給を受けて一定速度で回転するガスタービンエンジン１
０６が設けられており、このガスタービンエンジン１０
６により発電機１０７が駆動される。発電機１０７は、
交流発電機と整流器とを組み合わせたものであり、直流
電源として機能する。第１の電源以外は図４に示した構
成と同一であるから、対応する要素に同一符号を付し
て、重複する説明は省略する。
【００４４】図１２は、フライホイールバッテリの構成
を概略的に示す説明図である。図において、モータ端子
１１４を電源に接続すると、モータ１１３が回転し、そ
の駆動力は増速ギア１１２を介してフライホイール１１
０に伝達される。フライホイール１１０は空気の粘性抵
抗を避けるために真空チャンバ１１１内に設置され、モ
ータ端子１１４に加えられた電気エネルギをフライホイ
ール１１０の回転という慣性エネルギの形で蓄える。一
方、モータ端子１１４に電気負荷を接続すると、フライ
ホイール１１０が減速して、フライホイール１１０の慣
性エネルギを電気エネルギとして取り出すことができ
る。このように構成されたフライホイール１１０とモー
タ１１３は、低エネルギー密度ながら高パワー密度を有
する電池として機能する。
を概略的に示す説明図である。図において、モータ端子
１１４を電源に接続すると、モータ１１３が回転し、そ
の駆動力は増速ギア１１２を介してフライホイール１１
０に伝達される。フライホイール１１０は空気の粘性抵
抗を避けるために真空チャンバ１１１内に設置され、モ
ータ端子１１４に加えられた電気エネルギをフライホイ
ール１１０の回転という慣性エネルギの形で蓄える。一
方、モータ端子１１４に電気負荷を接続すると、フライ
ホイール１１０が減速して、フライホイール１１０の慣
性エネルギを電気エネルギとして取り出すことができ
る。このように構成されたフライホイール１１０とモー
タ１１３は、低エネルギー密度ながら高パワー密度を有
する電池として機能する。
【図１】本発明によるハイブリッド電源装置の第１の実
施例の構成を示すブロック図
施例の構成を示すブロック図
【図２】上記第１の実施例で用いられる永久磁石式３相
同期モータの構成を示す模式図
同期モータの構成を示す模式図
【図３】上記第１の実施例における第１のインバータ１
０の内容を示す回路図
０の内容を示す回路図
【図４】本発明によるハイブリッド電源装置を搭載した
電気自動車の概略図
電気自動車の概略図
【図５】上記第１の実施例における永久磁石式３相同期
モータの代わりに用いることが可能な誘導モータの構成
を示す模式図
モータの代わりに用いることが可能な誘導モータの構成
を示す模式図
【図６】同電機子巻線を回転子側に設けたモータの構成
を示す模式図
を示す模式図
【図７】同直流モータの構成を示す模式図
【図８】本発明によるハイブリッド電源装置の第２の実
施例の構成を示すブロック図
施例の構成を示すブロック図
【図９】本発明によるハイブリッド電源装置の第３の実
施例の構成を示すブロック図
施例の構成を示すブロック図
【図１０】上記第３の実施例で用いられる永久磁石式３
相同期モータの構成を示す模式図
相同期モータの構成を示す模式図
【図１１】本発明によるハイブリッド電源装置を搭載し
た電気自動車の他の構成を示す概略図
た電気自動車の他の構成を示す概略図
【図１２】フライホイールバッテリの構成を概略的に示
す説明図
す説明図
１ 鉛蓄電池 （第１の電源） ２ 電気二重層コンデンサ （第２の電源） １０ 第１のインバータ （第１の電力変換器） ２０ 第２のインバータ （第２の電力変換器） ３０ 永久磁石式３相同期モータ ３１ 第１の電機子巻線 ３２ 第２の電機子巻線 ４０ 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 29/00 Ｚ
Claims (6)
- 【請求項１】 長時間小電力型特性を有する第１の電源
と、短時間大電力型特性を有する第２の電源とを備え、
上記第１および第２の電源から電動車両の走行用電気モ
ータに電力を供給するハイブリッド電源装置において、 上記電気モータの電機子巻線を、互いに独立した第１お
よび第２の電機子巻線により構成し、上記第１の電源か
ら上記第１の電機子巻線に電力を供給し、上記第２の電
源から上記第２の電機子巻線に電力を供給することを特
徴とする電動車両のハイブリッド電源装置。 - 【請求項２】 上記第１の電源と上記第１の電機子巻線
との間に設けられた第１の電力変換器と、上記第２の電
源と上記第２の電機子巻線との間に設けられた第２の電
力変換器と、上記第１および第２の電力変換器の出力電
力比を可変制御する制御手段とを備えてなることを特徴
とする請求項１に記載の電動車両のハイブリッド電源装
置。 - 【請求項３】 上記第１および第２の電機子巻線は互い
に電磁的に結合され、上記第１および第２の電力変換器
が、回生機能を備えたパルス変調式電力変換器よりなる
ことを特徴とする請求項２に記載の電動車両のハイブリ
ッド電源装置。 - 【請求項４】 長時間小電力型特性を有する第１の電源
と、短時間大電力型特性を有する第２の電源とを備え、
上記第１および第２の電源から電動車両の走行用電気モ
ータに電力を供給するハイブリッド電源装置において、 上記第１の電源に接続された回生機能を有する第１のパ
ルス変調式電力変換器と、上記第２の電源に接続された
回生機能を有する第２のパルス変調式電力変換器とを備
え、上記第１の電力変換器の出力側と上記第２の電力変
換器の出力側とを互いに並列に接続した状態で、上記第
１および第２の電力変換器から上記電気モータの電機子
巻線に電力を供給するとともに、上記第１および第２の
電力変換器の少なくとも一方の出力側の全相にリアクト
ルを設けてなることを特徴とする電動車両のハイブリッ
ド電源装置。 - 【請求項５】 上記電気モータの電機子巻線の１部を上
記リアクトルとして構成したことを特徴とする請求項４
に記載の電動車両のハイブリッド電源装置。 - 【請求項６】 上記電気モータの電機子巻線に中間タッ
プを設け、該中間タップと巻線終端間を上記リアクトル
として構成したことを特徴とする請求項５に記載の電動
車両のハイブリッド電源装置。
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